Sự sản sinh ra độc tố được xem là khả năng đặc biệt quan trọng của vi khuẩn E. coli. Enterotoxin và yếu tố bám dính là yếu tố độc lực vô cùng quan trọng luôn được biết đến trong những nghiên cứu về E. coli và đã có nhiều tác giả quan tâm đến.
Vi khuẩn E. coli tạo ra 2 loại độc tố là: nội độc tố và ngoại độc tố.
1.4.2.1. Ngoại độc tố (Exotoxin)
Do chính tế bào vi khuẩn tiết ra môi trường xung quanh vi khuẩn trong quá trình sinh trưởng phát triển của chúng. Loại độc tố này chỉ có ở vi khuẩn có độc lực, có khả năng gây bệnh. Như độc tố chịu nhiệt (Heat- stable- toxin = ST), độc tố không chịu nhiệt (Heat- labile- toxin = LT). Ngoại độc tố là một chất không chịu nhiệt, dễ bị phá huỷ ở 56oC trong vòng 10- 30 phút. Dưới tác động của formol và nhiệt độ, ngoại độc tố thành giải độc tố. Ngoại độc tố có hướng
ngoại thần kinh và gây hoại tử. Hiện nay việc chiết xuất ngoại độc tố chưa thành công mà chỉ có thể phát hiện trong canh trùng của những chủng mới phân lập được (Đào Trọng Đạt và cộng sự, 1995) [3].
1.4.2.2. Nội độc tố (Endotoxin)
Thành phần chính Lypopolysacharid (LSP) và Lipid A cấu tạo nên thành phần tế bào vi khuẩn. Khi tế bào bị vỡ ra thì các chất này được giải phóng và gây độc cho tế bào vật chủ, là độc tố chủ yếu của trực khuẩn đường ruột. Nội độc tố có thể chiết xuất bằng nhiều phương pháp phá vỡ vỏ tế bào bằng cơ học, chiết xuất bằng axit trichloaxetic hoạc phenon dưới tác dụng của enzym. Nội độc tố có cấu trúc polysaccharide thuộc về kháng nguyên hoàn toàn và có tính đặc hiệu cao đối với các chủng của mỗi serotype.
Hiện nay, khi nghiên cứu về độc tố do vi khuẩn E. coli gây tiêu chảy ở gia súc, người ta thường chú ý đến hai độc tố đường ruột chủ yếu là:
+ Độc tố chịu nhiệt (ST): độc tố này chịu được xử lý ở nhiệt độ 100oC trong vòng 15 phút. Độc ST chia thành 2 nhóm là: STa và STb dựa trên tính hoà tan trong Methanol và hoạt tính sinh học. Cả STa và STb đều có vai trò quan trọng trong việc gây ỉa chảy của các chủng E. coli gây bệnh ở bê nghé, dê, cừu, lợn con và trẻ sơ sinh.
+ Độc tố không chịu nhiệt (LT): độc tố này bị vô hoạt ở nhiệt độ 60oC trong vòng 15 phút (Guerant và cộng sự 1985) [56]. Độc tố LT có trọng lượng phân tử cao, nó gồm 5 nhóm B có khả năng bám dính trên bề mặt biểu bì của niêm mạc ruột và một nhóm A có hoạt tính sinh học cao. Chỉ có các chủng E. coli
gây bệnh cho người và lợn là có khả năng sản sinh ra LT.
Cả 2 loại độc tố ST và LT đều bền vững ở nhiệt độ âm, thậm chí cả ở nhiệt độ - 20oC.
Cơ chế tác động gây tiêu chảy của STa được giải thích như sau: STa kích thích hệ thống men guanylatecycase có mặt trên các tế bào biểu mô ruột
vật chủ và do vậy chuyển GTP thành cGMP. Sau đó cGMP hoạt hoá 86- kpaproteinkinase dẫn đến phosphoryl hoá phosphatiglycilinositol và do vậy hình thành diaxyglyxerol, indsitol 1,4,5 triphosphate, từ đó kích hoạt men C - kinase, ba sản phẩm trên gây tăng hàm lượng Ca ++ bên trong tế bào và Ca ++ ngăn cản quá trình hấp thu Na +, Cl-, do đó nước từ xoang ruột vào tế bào đồng thời gây kích thích hoạt thải Na +, Cl- từ tế bào vào xoang ruột, hiện tượng này gây nên tình trạng tiêu chảy.
STb là một protein có tính kháng nguyên yếu, STb kích thích vòng Nucleotit phân tiết dịch độc lập ở ruột, phương thức tác dụng của nó chưa được hiểu rõ.
Tác động của độc tố LT gây tiêu chảy được giải thích theo cơ chế sau: tiểu phần b của phân tử LT gắn lên các receptor đặc hiệu trên màng tế bào biểu mô nhung mao ruột non, đoạn A1 được vận chuyển vào màng tế bào. Tại đây A1 tương tác với hệ thống men adenylatecyclase có mặt trên màng tế bào vật chủ. Hệ thống adenylatecyclase liên quan đến quá trình chuyển hoá ATP thành cAMP bởi xúc tác của men adenylatecyclase. Men này có ít nhất 3 thành phần: phần thứ nhất đảm bảo chức năng chuyển ATP thành cAMP, phần thứ hai thực hiện chức năng enzyme điều khiển GTP, phần thứ ba là receptor cho hormone.
Trong điều kiện bình thường hệ thống trên đây hoạt động khi hormon gắn lên receptor của hệ thống này, do vậy GTP được nối với điểm hoạt động của protein điều khiển adenylatecyclase, làm thành tổ hợp GTP và protein điều khiển. Khi GTP chuyển thành GDP bởi men GDP - ase, hệ thống này ở trạng thái không hoạt động. Đoạn A1 của LT là một adenylasediphosphate tranferase, do vậy nó chuyển ADP ribosome từ nicotinamide dinucleotid (NDA) đến protein điều khiển dẫn đến mất chức năng kiểm soát hệ thống trên đây do ADP - ribosome vừa được chuyển đến ức chế GTP - ase. Hiện tượng
trên làm cho hệ thống adenylatecyclase thường xuyên hoạt động gây tăng cAMP hơn mức bình thường dẫn đến bài xuất các ion Na +, Cl- và nước từ tế bào vào xoang ruột gây nên hiện tượng tiêu chảy.